科学家发现“新钙钛矿制造技术”可能会让家庭太阳能电池普及生产

01新的钙钛矿制造技能或许导致大规模的太阳能电池出产

如上图一种新的钙钛矿制造工艺或许导致太阳能电池的批量出产和家庭遍及。

由于台湾和美国的研讨人员现已发现钙钛矿制造工艺的简单变化，因而高功能太阳能电池的批量出产很快就会变得容易。

研讨人员证明该技能可进步钙钛矿微型模块的功率转化功率和运用寿命。他们的立异很快就会为大规划出产钙钛矿型太阳能电池开辟新的道路，使其成为现有硅基电池的有力竞争者。

钙钛矿资料被广泛认为是低成本，大面积太阳能电池最有期望的候选资料。由于其超卓的光电功能，最近的试验标明在0.5cm2的面积上转化功率高达22％，到目前为止钙钛矿薄膜的难以制造要求阻止了较大规划的类似功能。

当时制造进程通常触及将抗溶剂滴到现已旋涂到衬底上的钙钛矿前体上。理想情况下此技能能够创立具有均匀，高质量晶体结构的薄膜。

可是有必要严格控制工艺条件，而且有必要在初始堆积后仅9s的时刻范围内运用抗溶剂，不然所得的钙钛矿薄膜或许会粗糙且不均匀，然后下降其作为太阳能电池的功能。跟着胶片变大，施行此进程变得越来越困难。

02新式抗溶剂

经过供给处理这个问题，研讨团队引入了一种明显拓展堆积后时刻窗口的技能。他们运用环丁砜作为抗溶剂来完结此操作，这使他们能够在试验中制造出均匀，高质量和大面积的钙钛矿薄膜。

为了研讨导致这种改进的分子机制，他们运用X射线衍射和红外光谱技能研讨了触及的化学反应。

03咖啡因增强钙钛矿太阳能电池

他们发现环丁砜分子与钙钛矿前体离子之间的氢键效果明显减慢了结晶进程，然后将添加反溶剂的时刻窗延长至90s。这使得紧凑高度均匀的晶体结构能够在不那么严格的加工条件下构成。为了证明这一改进研讨人员制造了钙钛矿型太阳能电池微型组件，有效面积为36.6cm2。

他们的设备完成了十分可观的功率转化功率，超越16％，而且在50°C的温度下作业250小时后即坚持了其初始功能的90％左右（此刻该设备提取了最大或许的功率）。

如此高的功率和较长的运用寿命，在更加灵敏的制造条件下，为大规划钙钛矿太阳能电池的出产奠定了根底。研讨团队期望这项技能能很快在商业上广泛运用，乃至或许成为硅基太阳能电池的可行竞争对手然后提振可再生太阳能的前景。

研讨人员用咖啡因增强了太阳能电池。

加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的研讨人员经过向其添加意想不到的成分–咖啡因，成功改进了金属卤化物钙钛矿太阳能电池的功能和热安稳性。他们说这项技能或许在扩大这些太阳能电池的出产中起重要效果。

无机杂化卤化物钙钛矿（PVSK）具有ABX3结构，其间A为铯甲基铵（MA），B为铅或锡，X为氯、溴或碘。由于其独特的光电特性，它们是制造太阳能电池的有出路的硅替代品，十分适合许多应用。与由硅制成的太阳能电池相比，它们还更便宜，更灵敏，而且更易于制造（例如，以溶液为根底的前体，而不是固态晶体）。

研讨人员设法将这些资料的功率转化功率从仅3.8％进步到23％以上。这使其功能可与比如硅，砷化镓和锑化镉之类的成熟技能相媲美。虽然取得了令人形象深刻的进步，可是无机杂化卤化物钙钛矿的长期安稳性仍然很差，并阻止了太阳能电池的商业化。

04钙钛矿薄膜迅速蜕变

在这方面根据铯甲基铵的无机杂化卤化物钙钛矿是最佳候选资料，由于这些资料的四方黑相在低温下安稳。而在较高温度下挥发性铯甲基铵有机阳离子，这意味着钙钛矿膜迅速劣化并沉淀出三角形碘化铅。

更糟的是无机钙钛矿在众多和谐离子效果下（如在大多数离子晶体的情况下）意思是-离子容易搬迁虽然有多晶颗粒，乃至析出钙钛矿层得到在太阳能电池与所述金属电极干与设备暴露的热量中。这个进程会发生缺点，缺点充当晶界处的非辐射复合位点然后下降了太阳能电池的功能。

最终无规取向的钙钛矿微晶或许会导致垂直方向上的电荷传输不佳。随机取向是由于合成时钙钛矿薄膜快速且不可控制地生长的成果。

05咖啡因增强

加州大学洛杉矶分校资料科学与工程系的杨扬领导的一个研讨小组现已标明，1,3,7-三甲基黄嘌呤是一种含有两个共轭羧基的化学商品，其俗称咖啡因广为人知，它能够改进功能和热功能。

直接添加到钙钛矿薄膜中时根据钙钛矿的太阳能电池具有较高的安稳性，该资料技能也适用于钙钛矿纳米技能。经过这种类型的钙钛矿有包括黑相纳米晶薄膜，在室温下的热力学有利于热量的交融。

研讨团队成员薛晶晶回忆说向这些资料中添加咖啡因的想法开始是开个玩笑，由于早上得起来喝咖啡补充能量。

06改进的电子功能和“分子锁”

由于咖啡因中只要羰基电子对，因而咖啡因与钙钛矿前体发生了激烈的相互效果-我们经过傅立叶变换红外光谱法证明了这一效果。

这种强相互效果增强了钙钛矿结晶的活化能，并阻止了钙钛矿的结晶，导致钙钛矿薄膜具有较好的取向和改进的电子功能然后更有效地将光转化为电。”

那还不是悉数由于咖啡因是非挥发性的，因而它保留在钙钛矿薄膜内并在其间构成“分子锁”，然后使该分子与Pb2+离子发生激烈相互效果。这种相互效果阻止了钙钛矿在高温下的降解。增强的结晶度还抑制了离子搬迁，这也有助于大大增强的热安稳性。

07功率转化功率高达20.25％

含咖啡因的钙钛矿薄膜的超卓结晶度下降了缺点密度，并改进了垂直电荷传输，使冠军功率高达20.25％（相比之下，不含咖啡因的薄膜为17％）。含咖啡因的设备在85°C的温度下也能坚持1300小时以上的热安稳性（一般来说不含咖啡因的薄膜温度坚持仅150小时）。

08钙钛矿设备创下新纪录

太阳能电池显然是在阳光下作业因而有必要使其具有耐热性。研讨成果标明咖啡因可在85°C连续加热1300小时后，协助钙钛矿细胞坚持其原始功率的85％以上。研讨人员称他们信任计划施行的策略将来有助于推进这些资料的商业化。”

团队小组最近也在寻找最适合这些资料的钝化剂用来进一步进步其安稳性和功率。最终将专心于从这些薄膜制造高质量的大面积样品，以用于家庭太阳能电池的遍及。